KR20080067171A - 전자 사진용 비자성 토너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자사진용 비자성 토너에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 내구성이 우수할 뿐만 아니라 저온에서의 정착성 향상 및 고광택도 화상을 얻을 수 있는 전자사진용 비자성 토너에 관한 것이다.

Description

전자 사진용 비자성 토너{Non-magnetic toner for electrophotograph}

도 1은 본 발명에 따라 제조된 토너를 수용한 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것이다.

<도면 부호의 간단한 설명>

1: 감광체 2: 대전수단

3: 노광신호 4: 현상장치

5: 현상롤러 6: 공급롤러

7: 현상제규제 블레이드 8: 현상제

8': 폐토너 9: 전사수단

10: 클리닝 블레이드 12: 전원

13: 인쇄매체

본 발명은 전자사진용 비자성 토너에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 내구성이 우수할 뿐만 아니라 저온에서의 정착성 향상 및 고광택도 화상을 얻을 수 있는 전자사진용 비자성 토너에 관한 것이다.

전자 사진법이나 정전 기록법에 있어서, 정전하상 또는 정전 잠상을 가시화하는 현상제로는 토너와 캐리어 입자로 이루어지는 2성분 현상제와, 실질적으로 토너만으로 이루어져 캐리어 입자를 사용하지 않는 1성분 현상제가 있다. 1성분 현상제에는 자성분을 함유하는 자성 1성분 현상제와 자성분을 함유하지 않는 비자성 1성분 현상제가 있다. 비자성 1성분 현상제에서는 토너의 유동성을 높이기 위하여 콜로이드성 실리카 등의 유동화제를 독립적으로 첨가하는 것이 일반적이다. 토너로는 일반적으로 결착 수지 중에 카본블랙 등의 착색제나 그 외의 첨가제를 분산시켜 입자화한 착색 입자가 사용되고 있다.

일반적으로 토너에 사용되는 결착 수지는 열가소성 수지로서 연화점이 90 내지 160℃, Tg는 50 내지 70℃정도이면 사용가능하며, 분자량, 산가, 점탄성, 입경, MI 등이 그 선택의 기준이 되고 있다. 그 예로는 스티렌-아크릴계 공중합체, 에폭시 수지 등이 많이 사용되어 왔으며, 최근 들어서는 칼라 기기의 보급으로 부대전성 토너가 많아지고, 저온에서 정착이 가능한 토너가 요구됨에 따라 폴리에스테르 수지의 사용이 점차 증가하고 있다.

일반적으로 토너 정착특성에 있어서는, 상기 결착 수지의 분자량 및 분자량 분포, 말단기 수, 가교밀도 등이 관계가 있으며, 그 중에서도 분자량 및 분자량 분포, Tg가 큰 영향을 미치는데, 폴리에스테르 수지의 경우 산과 알콜의 축합반응에 의해 생성되므로 극성이 크고, 분자량 분포도 스티렌계 수지와 비교해서 넓어지게된다.

이 경우, 저분자량 성분은 저온에서의 정착강도를 향상 시키고, 고분자량 성 분은 내구성이나 고온 오프셋 방지의 효과가 있기 때문에, 이 둘을 양립시키는 것이 필요하며, 그러기 위해서는 분자량 분포를 넓게 설계할 필요가 있다. 이와 같이 넓은 분자량 분포를 얻기 위해서는 고분자량(고연화점) 중합체와 저분자량(저연화점) 중합체를 2종, 경우에 따라서는 3종 이상 블렌딩해서 이용하는 경우가 많다.

이 경우 저분자량 성분이 많아지면 탄성력이 떨어져서 고온 오프셋을 유발시키며, 고분자량 성분이 많아지거나 가교제 등을 사용하면 탄성력이 높아져서 높은 정착 온도 및 에너지를 요구하며, 또한 화상 표면의 평활성이 나빠져서 OHP상의 투명성이 나빠지며, 고광택도의 화상을 얻을 수 없다는 문제가 발생한다.

그러므로 내구성이 우수할 뿐만 아니라 저온에서 정착이 가능하며 고광택도의 화상을 얻을 수 있는 토너의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 내구성이 우수할 뿐만 아니라 저온에서의 정착성 향상 및 고 광택도 화상을 얻을 수 있는 것을 특성으로 가지는 고성능 토너를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 토너를 사용하고, 저온 정착이 가능한 고품질의 화상 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 토너를 구비하고, 저온 정착이 가능한 고품질의 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

결착수지, 이형제, 착색제, 대전제어제 및 외첨제를 포함하는 전자사진용 비자성 토너에 있어서,

상기 결착수지가, 중량평균분자량(Mw)이 5x10⁴ 내지 1x10⁵인 고분자량 중합체(H-po)와 중량평균분자량(Mw)이 5x10¹ 내지 1x10⁴인 저분자량 중합체(L-po)의 블렌드물을 포함하며,

상기 결착수지의 분자량 분포가 하기 수학식 1을 만족하는 전자사진용 비자성 토너를 제공한다:

<수학식 1>

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 고분자량 중합체 및 저분자량 중합체는 폴리에스테르 수지가 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 고분자량 중합체의 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)의 비율은 15 내지 20인 것이 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 저분자량 중합체의 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)의 비율은 1 내지 5인 것이 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 이형제는 천연왁스와 탄화수소계 왁스의 혼합물이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 전자사진용 비자성 토너를 사용하는 전자사진용 화상 형성 방법을 제공한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 전자사진용 비자성 토너를 구비하는 전자사진용 화상 형성 장치를 제공한다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 전자 사진용 비자성 토너에 사용되는 주요 성분인 결착수지와 이형제는 저온에서의 정착성 향상 및 광택도 제어 등에 영향을 미치게 되는데, 본 발명은 결착수지의 분자량과 분자량 분포, 산가 및 이형제 조합을 조절하여 내구성이 우수할 뿐만 아니라 저온에서의 정착성 향상 및 고 광택도 화상을 얻을 수 있는 것을 특성으로 가지는 고성능 토너를 제공하게 된다.

특히 본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너는 결착수지로서 고분자량 중합체와 저분자량 중합체를 2종 블렌드시킨 것을 사용하며, 고분자량 중합체의 분자량 분포는 넓게 설계하여 비오프셋 영역을 넓게 하고, 저분자량 중합체의 분자량 분포는 좁게 설계하여 광택도 및 OHP상의 투명도를 향상시키는 것이 가능하며, 또한 이형제를 카나우바 왁스 등의 천연 왁스와 파라핀 왁스 등의 탄화수소계 왁스를 각각 1종 이상 동시에 사용함으로써 안정된 정착성을 유지하면서 고 광택도의 화상을 얻는 것도 가능해진다.

본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너는 정착성 및 내구성이 우수하며 저온 정착 및 고광택도의 화상을 얻을 수 있는 구성을 가지며, 결착 수지, 착색제, 대전제어제 및 2종의 이형제가 함유된 토너 모입자와, 상기 토너 모입자에 첨가되는 외첨제를 포함하는 전자사진용 비자성 토너로 이루어진다. 특히 상기 결착수지는 중량평균분자량(Mw)이 5x10⁴ 내지 1x10⁵인 고분자량 중합체(H-po)와 중량평균분자량(Mw)이 5x10¹ 내지 1x10⁴인 저분자량 중합체(L-po)의 블렌드물을 포함하며, 상기 결착수지의 분자량 분포가 하기 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다:

<수학식 1>

상기 수학식 1을 만족하는 결착수지는 고분자량 중합체의 분자량 분포가 넓어 비오프셋 영역이 넓어지고, 저분자량 중합체의 분자량 분포가 좁아져 광택도 및 OHP상의 투명도를 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 결착수지에 사용되는 고분자량 중합체 및 저분자량 중합체를 구성하는 중합체로서는 일반적으로 당업계에서 결착수지로서 사용되는 것이라면 제한없이 사용할 수 있으나, 그 예로서는 폴리에스테르 모이어티(moiety)를 포함하고, 비닐기, 아크릴레이트기 및 메타크릴레이트기 중에서 선택된 반응기를 하나 이상 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어 결정성 폴리에스테르 수지인 ε-카프로락톤 (ε-caprolactone), 부틸로락톤 butyrolactone), 카프로락탐-카프로락톤 랜덤공중합체 (caprolactam-lactone copolymer), 스티렌, 디비닐벤젠, n-부틸아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴레이트로 구성된 그룹 중에서 선택된 것을 적어도 하나 이상 포함하는 폴리에스테르계 수지를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 결착 수지는 알코올계 단량체와 카르복실산계 단량체의 축합 반응으로 제조된 폴리에스테르계 수지를 사용하는 것도 가능하며, 수지 합성시 촉매로는 무기 Sn 촉매를 사용하며 상기 결착수지의 토너 내 함유량은 토너 총중량에 대해서 80 내지 95 중량%인 것이 바람직하며, 상기 결착수지의 함량이 95중량%를 초과하는 경우 광학 밀도(Optical Density)가 떨어지고 대전불량이 발생할 우려가 있고, 80중량% 미만이면 정착불량이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 결착 수지에 사용되는 고분자량 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 5x10⁴내지 1x10⁵이 바람직하며, 상기 중량평균분자량이 1x10⁵을 초과하는 경우 높은 정착 온도가 요구되어 바람직하지 않고, 5x10⁴ 미만이면 토너의 내구성이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한 상기 결착 수지에 사용되는 저분자량 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 5x10¹ 내지 1x10⁴이 바람직하며, 상기 중량평균분자량이 1x10⁴ 이상이면 충분한 광택도를 얻을 수 없고, 5x10¹ 미만이면 고온 오프셋이 발생하는 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 결착수지에 사용되는 고분자량 중합체와 저분자량 중합체의 분자량 분포는 GPC(겔투과크로마토그라피)의 크로마토그램에서 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)의 비율[Mw/Mn]이 고분자량 중합체의 비율(Mw/Mn)이 저분자량 중합체의 비 율(Mw/Mn)보다 3배 이상인 것이 바람직하며, 상기 비율을 만족하지 못하는 경우 본 발명에서 목적하는 내구성, 저온 정착성 및 고광택도의 화상을 얻기가 곤란해진다.

상기 비율 Mw/Mn은 분자량 분포를 나타내는 수치로서 PDI(Polydispersity index)라고 하며, 중합체의 경우 이 수치는 항상 1보다 크며, 1에 가까울수록 분자량 분포가 좁다고 할 수 있다. 일반적으로 토너용 폴리에스테르 수지는 10 내지 20정도의 Mw/Mn값을 가지는데, 15 이상이면 분자량 분포가 상당히 넓다고 말할 수 있다. 본 발명에 따른 비자성 토너의 경우, 고분자량 중합체는 PDI가 15 내지 20로서 분자량 분포가 상당히 넓은 것을 사용하고, 저분자량 중합체는 PDI가 1 내지 5로서 분자량 분포가 상당히 좁은 것을 사용할 수 있다. 이와 같은 분자량 분포를 갖는 중합체들을 사용함으로써 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 저온 정착이 가능하며, 고광택도의 화상을 얻는 것이 가능해진다.

한편, 일반적인 폴리에스테르 수지는 수지 분자 내의 산기와 수산기 등 관능기를 가지므로 이들 관능기가 분자간 또는 분자내에서 수소결합을 생성하여 정착시 토너 내부 응집력을 높이기 때문에 동일한 연화온도의 수지를 사용할 경우에는 산가가 큰 수지를 사용하는 것이 넓은 비오프셋영역을 가질 수 있어 바람직하다. 또한, 종이는 셀룰로오스가 주성분인데, 종이와의 밀착은 폴리에스테르 수지의 산(acid)이 셀룰로오스와 결합이 잘되므로 정착강도가 높아진다. 즉, 산가가 큰 수지는 종이에의 접착성에도 우수하여 높은 정착강도를 얻기 쉽다는 장점을 아울러 갖는다.

또한 상기 본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너의 점도를 낮추기 위해서,혹 은 고온 오프셋 방지를 위해서 이형제를 첨가 하는 것이 바람직하며, 이와 같은 성질을 모두 만족시키기 위해서는 2종의 이형제가 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기 이형제는 1종 이상의 천연왁스와 1종 이상의 탄화수소계 왁스를 동시에 사용하는 것이 바람직하며, 상기 천연 왁스는 카나우바 왁스를 예로 들 수 있고, 탄화수소계 왁스는 파라핀 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 천연왁스인 상기 카나우바 왁스는 정착성을 높이는 것이 가능하며, 상기 탄화수소계 왁스인 파라핀 왁스는 광택도를 높이는 효과가 있어서 안정된 정착성을 유지하면서 고 광택도의 화상을 얻는 효과를 동시에 얻을 수 있다.

이와 같은 이형제의 함량은 상기 토너의 총중량을 기준으로 1 내지 10중량%가 바람직하며, 상기 이형제의 함량이 10중량%를 초과하는 경우 내구성이 저하되는 문제가 있으며, 1중량% 미만이면 이형성이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 이형제에 포함되는 천연왁스 및 탄화수소계 왁스의 비율은 중량비로 1: 1 내지 3: 1이 바람직하다.

또한 상기 결착수지와 이형제에 통상적으로 사용되는 착색제, 대전제어제 및 외첨제를 첨가 함으로써 정착성 뿐만 아니라 대전성, 전사성 등이 우수한 고성능 토너의 제조가 가능하다.

상기 본 발명에 따른 비자성 토너를 구성하는 대전제어제는 아연 또는 알루미늄과 같은 금속 함유 살리실산(salicylic acid) 화합물, 비스 디페닐글리콜산(bis diphenyl glycolic acid)의 붕소 착체, 실리케이트(silicate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는 디알킬 살리실산 아연, 보로 비스(1,1-디페닐-1-옥소-아세틸 포타슘염){boro bis (1,1-diphenyl-1-oxo-acetyl potassium salt)} 등이 사용될 수 있다. 이와 같은 대전제어제의 함량은 상기 토너 총중량을 기준으로 0.1 내지 5중량%의 함량으로 사용될 수 있는 바, 상기 함량이 0.1중량% 미만이면 대전성 저하와 같은 문제가 있고, 5중량%를 초과하면 과대전으로 인한 현상 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 본 발명에 따른 비자성 토너를 구성하는 착색제는 흑백 토너의 경우 카본블랙 또는 아닐린블랙을 사용할 수 있으며, 본 발명에 따른 혼성 토너는 칼라 토너를 제조하기 용이하다. 또한 칼라 토너의 경우에는 착색제 중 검은색은 카본 블랙을 이용하고 칼라는 옐로우, 마젠타 및 시안 착색제를 더 포함한다.

상기 옐로우 착색제는 축합 질소 화합물, 이소인돌리논 화합물, 아트라킨화합물, 아조 금속 착제, 또는 알릴 이미드 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 옐로우 12, 13, 14, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 111, 128, 129, 147, 168, 180 등이 사용될 수 있다.

상기 마젠타 착색제는 축합 질소 화합물, 안트라킨, 퀴나크리돈 화합물, 염기 염료 레이트 화합물, 나프톨 화합물, 벤조 이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물, 또는 페릴렌 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 레드 2, 3, 5, 6, 7, 23, 48:2, 48:3, 48:4, 57:1, 81:1, 122, 144, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221, 또는 254 등이 사용될 수 있다.

상기 시안 착색제는 동 프탈로시아닌 화합물 및 그 유도체, 안트라킨 화합물, 또는 염기 염료 레이트 화합물 등이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 블루 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62, 또는 66 등이 사용될 수 있다.

이러한 착색제는 단독 또는 2 종 이상의 혼합물로 혼합하여 사용될 수 있으며, 색상, 채도, 명도, 내후성, 토너 중의 분산성 등을 고려하여 선택된다.

이와 같은 착색제의 함량은 토너를 착색하기에 충분한 양이면 무방하고, 바람직하게는 상기 토너 총중량을 기준으로 0.1 내지 10중량%의 함량으로 사용될 수 있으며, 상기 함량이 0.1중량% 미만이면 착색 효과가 충분하지 못하여 바람직하지 못하고, 10중량%를 초과하는 경우 토너의 제조원가가 상승하고, 충분한 마찰 대전량을 얻을 수 없어 바람직하지 않다.

상기 비자성 토너를 구성하는 외첨제로서는 실리카, 금속산화물, 폴리머 비드 등을 사용할 수 있으며,

상기 외첨제 중 하나인 실리카는 그 함량이 상기 토너 총중량에 대하여 0.1 내지 10중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 함량이 0.1중량% 미만이면 유동성 저하와 같은 문제가 있고, 10중량%를 초과하면 화상오염 및 현상불량과 같은 문제가 있다.

이와 같은 실리카는 흔히 제습제로 사용되는 물질이지만, 그 입자 크기에 따라서 역할이 달라질 수 있다. 실리카는 1차 입자의 크기가 대략 30nm 이상인 경우를 대입자 실리카, 1차 입자 크기가 30nm 미만인 경우를 소입자 실리카라고도 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "1차 입자(primary particle)"는 중합, 결합 등이 일어나지 않은 화합물의 단위 입자를 의미한다. 소입자 실리카는 주로 토너 입자의 유동성을 향상시키기 위해서 첨가되며, 대입자 실리카는 토너 입자에 대전성을 부여하기 위해서 첨가된다. 본 발명에 따른 외첨제에 포함되는 실리카는 소입자 실리카와 대입자 실리카가 일정한 성분비로 포함되는 것이 바람직하다. 즉, 1차 입자 크기가 5nm 내지 20nm의 범위 이내인 소입자 실리카의 함량은 상기 토너 총중량을 기준으로 0.1중량% 내지 5중량%의 범위이고, 1차 입경이 30nm 내지 200nm의 범위 이내인 대입자 실리카는 그 함량이 상기 비자성 토너 총중량을 기준으로 0.1중량% 내지 5중량%의 범위인 것이 바람직하다.

상기 외첨제에 포함되는 소입자 실리카 및 대입자 실리카의 1차 입자의 크기는 토너 입자와의 상용성 및 토너 입자 자체의 크기를 고려해서 결정된다.

상기 외첨제 중 하나인 금속 산화물은 산화티탄을 포함한다. 산화티탄의 함량은 상기 비자성 토너 총중량을 기준으로 0.1중량% 내지 5중량%인 것이 바람직하다. 상기 산화티탄은 TiO₂ 외에 여러 가지 산가를 가진 형태가 존재하지만 그 중에서도 TiO₂의 형태가 가장 일반적이다. 산화티탄은 알칼리와 용해하여 티탄산알칼리로 된다. 산화티탄은 은폐력이 큰 백색안료(티탄화이트)로 다량 쓰여지며 그 용도로는 자기 원료, 연마제, 의약품, 화장품 등으로도 많이 사용된다. 본 발명에 따른 외첨제에서 산화티탄은 실리카만 함유했을 경우 발생하는 과다한 대전성을 조절하는 기능을 한다. 본 발명에 사용되는 산화티탄은 알루미나와 오가노폴리실록산으로 표면 처리된 것이 바람직하고, 그 1차 입자 크기가 10 내지 200nm의 범위 이내인 것이 바람직하다. 산화티탄의 입경은 실리카와 마찬가지로 토너 입자의 사이즈 및 토너와의 상용성을 고려하여 결정할 수 있다. 표면 처리된 산화티탄은 BET 표면적이 20㎡/g 내지 100 ㎡/g인 것이 바람직하다.

상술한 금속 산화물과 실리카 외에도 상기 본 발명에 따른 비자성 토너는 외첨제로서 폴리머 비드를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리머 비드로서는 스티렌계 수지, 메타크릴산메틸, 스티렌-메타크릴산메틸 공중합체, 아크릴계 수지, 아크릴-스티렌 공중합체 등이 단독 또는 혼합되어 사용되고 있다. 이러한 수지 비드는 현탁중합 등의 중합공정을 통해 제조되기 때문에 구형의 형상을 가지고 있으며, 입자 크기는 서브미크론에서 수십 미크론까지 다양한 범위를 갖는다. 이와 같은 폴리머 비드는 상기 비자성 토너 총중량을 기준으로 0.1 내지 3중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 폴리머 비드의 함량이 0.1중량% 미만이면 대전 저하와 같은 문제가 있고, 3중량%를 초과하면 화상 오염과 같은 문제가 있어 바람직하지 않다.

상술한 바 외에도 본 발명에 따른 비자성 토너는 기능성의 향상을 위해 여러가지 다양한 내첨제 혹은 외첨제를 더 함유할 수 있다. 예를 들면, UV 안정화제, 방미제, 살세균제, 살진균제, 대전 방지제, 광택 개질제, 산화 방지제, 실란 또는 실리콘-개질 실리카 입자와 같은 응결 방지제 등을 단독으로 또는 2종 이상 선택하여 내첨제 또는 외첨제로서 토너 조성물에 첨가할 수 있으며, 이들의 함량은 상기 비자성 토너 총중량을 기준으로 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량%의 함량으로 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 비자성 토너는 평균입경이 4.0 내지 12.0㎛인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 비자성 토너는 당업계에 알려져 있는 다양한 방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 특별한 제한은 없다. 예를 들어 분쇄법과 중합법을 사용할 수 있으며, 상기 분쇄법에서는 결착 수지와 착색제, 대전제어제, 이형제, 및 그 외의 첨가제를 용융 혼합한 후 분쇄하고, 이어서 원하는 입경의 입자가 얻어지도록 분급하여 토너를 얻을 수 있다. 상기 중합법에서는 중합성 단량체에, 착색제, 중합 개시제, 가교제, 대전방지제, 착색제 등의 각종 첨가제를 균일하게 용해 내지 분산시킨 중합성 단량체 조성물을 제조한다. 다음으로 분산 안정제를 함유하는 수계 분산 매질 중에 교반기를 이용하여 분산하여 중합성 단량체 조성물의 미세한 액적 입자를 형성시킨다. 이어서 승온시키고 현탁중합하여 원하는 입경을 갖는 착색 중합체 입자인 중합 토너를 얻고 있다.

또한 상기 본 발명에 따른 비자성 토너의 연화점은 플로우 테스터(flow tester) T1/2을 기준으로 110 내지 130℃인 것이 바람직하다. 이 경우 기존의 매트 토너와 비교하여 낮은 연화점을 가짐으로써, 고 광택도의 토너를 만들 수 있다. 특히 토너의 유리전이 온도에는 변화가 없이 연화점만을 하향 조정하는 것이 가능하므로 장기 방치 안정성 및 고온, 고습 환경에서의 안정성도 유지 할 수 있다. 또한 연화점을 낮춤으로써 에너지 저감의 효과가 있으며, 친환경적 제품의 구현이 가능하다.

본 발명은 또한 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 상기 토너가 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너인 것 을 특징으로 하는 화상 형성 방법을 제공한다.

대표적인 전자사진 화상 형성 공정은 대전, 노광, 현상, 전사, 정착, 클리닝 및 제전 단계를 포함하여, 수용체 상에 화상을 형성하는 일련의 단계들을 포함한다.

대전 단계에서, 감광체는 통상적으로 코로나 또는 대전 롤러에 의해 음 또는 양 중의 하나인, 원하는 극성의 전하로 덮힌다. 노광 단계에서, 광학 시스템, 통상적으로 레이저 스캐너 또는 다이오드 배열은 최종 화상 수용체 상에 형성되는 목적 화상에 대응하는 화상 방식 (imagewise manner)으로 감광체의 대전 표면을 선택적으로 방전시켜 잠상을 형성한다. "광"으로 언급할 수 있는 전자기 조사는, 예를 들어 적외선 조사, 가시광선, 및 자외선 조사를 포함할 수 있다.

현상 단계에서, 적합한 극성의 토너 입자들은 일반적으로 감광체 상의 잠상과 접촉하는데, 토너 극성에 동일한 포텐셜 극성을 갖는, 통상적으로 전기적으로 편향된 현상기 (developer electrically-biased)를 사용한다. 토너 입자들은 감광체로 이동하고 정전기력에 의해 잠상에 선택적으로 부착되고, 감광체 상에 톤 화상을 형성한다.

전사 단계에서, 톤 화상은 감광체로부터 목적으로 하는 최종 화상 수용체에 전사되는데, 때때로 중간체 전사 요소가 톤 화상의 후속의 전사와 함께 감광체로부터 최종 화상 수용체로의 톤 화상의 전사에 영향을 주기 위하여 이용된다.

정착 단계에서, 최종 화상 수용체 상의 톤 화상은 가열되어 토너 입자들이 연화 또는 용융됨으로써, 톤 화상을 최종 수용체에 정착하게 한다. 다른 하나의 정 착 방법은 열을 가하거나 또는 가하지 않는 고압하에서 최종 수용체에 토너를 고정시키는 것을 포함한다. 클리닝 단계에서는 감광체 상에 남아 있는 잔류 토너가 제거된다. 마지막으로, 제전 단계에서는 감광체 전하가 특정 파장 밴드의 광에 노광되어 실질적으로 균일하게 낮은 값으로 감소됨으로써, 본래 잠상의 잔류물이 제거되고 다음의 화상 형성 사이클을 위하여 감광체가 준비된다.

본 발명은 유기감광체, 유기감광체의 표면을 대전하는 수단, 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 수단, 토너를 수용하는 수단, 상기 토너를 공급하여 유기감광체 표면의 정전 잠상을 현상하여 토너상을 현상하는 수단, 및 상기 토너상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 수단을 포함하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 토너는 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 토너를 수용한 비접촉 현상방식의 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것으로서 하기에 작동 원리를 설명한다.

비자성 1성분 현상제는 폴리우레탄 폼, 스폰지 등의 탄성부재로 구성된 공급롤러(6)에 의해 현상제(8)가 현상롤러(5) 상으로 공급된다. 상기 현상롤러(5) 상으로 공급된 현상제(8)는 현상롤러(5)의 회전에 따라 현상제 규제블레이드(7)와 현상롤러(5)의 접촉부에 도달한다. 상기 현상제 규제블레이드(7)는 금속, 고무 등의 탄성부재로 구성되어 있다. 현상제 규제블레이드(7)와 현상롤러(5)의 접촉부 사이를 현상제가 통과시 현상제(8)의 층이 일정한 층으로 규제되어 박층이 형성되고 현상제를 충분히 대전시키게 된다. 박층화된 현상제(8)는 현상롤러(5)에 의하여 잠상 담지체인 감광체(1)의 정전잠상에 현상제(8)가 현상되는 현상영역으로 이송된다.

상기 현상롤러(5)는 감광체(1)와 일정한 간격을 두고 접촉하지 않고 서로 마주보고 위치하고 있다. 현상롤러(5)는 시계회전 반대방향으로 회전하고 감광체(1)는 시계회전방향으로 회전한다. 현상영역으로 이송된 현상제(8)는 현상롤러(5)에 인가된 DC 중첩된 AC 전압과 감광체(1)의 잠상전위와의 전위차에 의해 발생된 전기력에 따라 감광체(1)의 정전잠상으로 현상된다.

감광체(1)에 현상된 현상제(8)는 감광체(1)의 회전방향에 따라 전사수단(9)의 위치에 도달한다. 감광체(1)에 현상된 현상제는 코로나 방전 또는 롤러형태로 현상제(8)에 대한 역극성 고전압이 인가된 전사수단(9)에 의하여 인쇄용지(13)가 통과하면서 인쇄용지로 현상제가 전사되어 화상이 형성된다.

인쇄용지에 전사된 화상은 고온, 고압의 정착기(미도시)를 통과하면서 인쇄용지에 현상제가 융착되어 화상이 정착된다. 한편 현상롤러(5) 상의 미현상된 잔류 현상제는 상기 현상롤러(5)와 접촉되어 있는 공급롤러(6)에 의해 회수된다. 상기 과정이 반복된다.

이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

46.0중량%의 고분자량 폴리에스테르 수지(Mw 61000, Mn 3700, Mw/Mn의 비율 약 16.5, 산가 30) 및 46.0중량%의 저분자량 폴리에스테르 수지(Mw 8800, Mn 2400, Mw/Mn의 비율 약 3.7, 산가 4)을 블렌딩하여 결착 수지 블렌드물을 제조하였다.

여기에 대전제어제( Yellow, Magenta, Cyan-B 착물{보로비스(1,1-디페닐-1-옥소-아세틸)포타슘염}, 블랙-아이언 아조 착물(Black-Iron Azo complex) 각각 0.5중량%), 착색제(Yellow (이소인돌린), Magenta (carmine 6B), Cyan(프탈로시아닌), Black(카본블랙) 각각 3.0중량%), 카나우바 왁스(함량 3.0중량% ), 파라핀 왁스( 함량 1.5중량%)을 헨젤 믹서에서 예비혼합하였다. 이어서 두 영역의 니딩 블록(kneading block)을 구비한 모듈러 코로테이팅 트윈 스크류 압출기(modular corotating twin screw extruder)에서 공급 속도 3 rpm, 스크류 속도 200 rpm, 스크류 토크 80%, 수지 온도 130 내지 140℃에서 평균 잔류시간 4kg/hr로 압출 하였다. 이후 냉각과정을 거쳐 조분쇄하고, 반탐 밀(Bantam Mill)을 이용하여 1 내지 2 mm 수준으로 중분쇄한 후, TR-15 (NISSHIN사 제조)의 분쇄-분급기에서 수 내지 수십 ㎛ 크기로 미분쇄 후, 6 내지 8㎛ 수준으로 분급하여 토너 모입자를 제조하였다.

이어서 외첨제로서 대실리카 2.0중량%, 소실리카 1.2중량%, TiO₂ 0.2중량%, 멜라민계폴리머 비드 0.2중량%를 3000rpm, 6분 동안 상기 토너 모입자와 혼합하여 본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너를 제조하였다.

상기와 같이 제조한 토너를 풀칼라 프린터 (Samsung사 제조, CLP500)에 투입하여, 풀컬러 화상을 출력하였다. 프린터의 현상 방식은 탄성 부재의 표면을 가지는 현상 롤러 상에 토너층을 형성하는 1성분 방식이었으며, 현상 롤러와 감광체의 사이는 실질적으로 150 ㎛의 갭을 가지는 비접촉 방식이었다. 정착기는 직경 35 mm 의 표면에 불소 고무를 가지는 2개의 롤러 양쪽 모두의 내부에 500 W의 할로겐 램프를 탑재한 방식이었으며, 표면 온도를 180±15℃가 되도록 제어하였다. 프린터에서 출력한 화상은 우수한 정착성을 나타내었으며, 고온에서 오프셋 (offset) 현상이 발생하지 않았으며, 높은 광택을 나타내었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서, 고분자량 중합체의 Mw/Mn 비율을 18.0으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너를 제조하였다.

상기와 같이 제조한 토너를 풀칼라 프린터 (Samsung사 제조, CLP500)에 투입하여, 풀컬러 화상을 출력하였다. 프린터의 현상 방식은 탄성 부재의 표면을 가지는 현상 롤러 상에 토너층을 형성하는 1성분 방식이었으며, 현상 롤러와 감광체의 사이는 실질적으로 150 ㎛의 갭을 가지는 비접촉 방식이었다. 정착기는 직경 35 mm의 표면에 불소 고무를 가지는 2개의 롤러 양쪽 모두의 내부에 500 W의 할로겐 램프를 탑재한 방식이었으며, 표면 온도를 180±15℃가 되도록 제어하였다. 프린터에서 출력한 화상은 우수한 정착성을 나타내었으며, 고온에서 오프셋 (offset) 현상이 발생하지 않았으며, 높은 광택을 나타내었다.

실시예 3

상기 실시예 1에서, 저분자량 중합체의 Mw/Mn 비율을 2.5로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 본 발명에 따른 전자사진용 비자성 토너를 제조하였다.

상기와 같이 제조한 토너를 풀칼라 프린터 (Samsung사 제조, CLP500)에 투입하여, 풀컬러 화상을 출력하였다. 프린터의 현상 방식은 탄성 부재의 표면을 가지는 현상 롤러 상에 토너층을 형성하는 1성분 방식이었으며, 현상 롤러와 감광체의 사이는 실질적으로 150 ㎛의 갭을 가지는 비접촉 방식이었다. 정착기는 직경 35 mm의 표면에 불소 고무를 가지는 2개의 롤러 양쪽 모두의 내부에 500 W의 할로겐 램프를 탑재한 방식이었으며, 표면 온도를 180±15℃가 되도록 제어하였다. 프린터에서 출력한 화상은 우수한 정착성을 나타내었으며, 고온에서 오프셋 (offset) 현상이 발생하지 않았으며, 높은 광택을 나타내었다.

비교예 1

상기 실시예 1에서, 고분자량 중합체만을 단독으로 92.0중량%의 함량으로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 비자성 토너를 제조하였다.

상기와 같이 제조한 토너를 풀칼라 프린터 (Samsung사 제조, CLP500)에 투입하여, 풀컬러 화상을 출력하였다. 프린터의 현상 방식은 탄성 부재의 표면을 가지는 현상 롤러 상에 토너층을 형성하는 1성분 방식이었으며, 현상 롤러와 감광체의 사이는 실질적으로 150 ㎛의 갭을 가지는 비접촉 방식이었다. 정착기는 직경 35 mm의 표면에 불소 고무를 가지는 2개의 롤러 양쪽 모두의 내부에 500 W의 할로겐 램프를 탑재한 방식이었으며, 표면 온도를 180±15℃가 되도록 제어하였다. 프린터에서 출력한 화상은 충분한 정착성을 갖지 않고, 고온에서 오프셋 현상이 발생하였으며, 광택도가 좋지 않았다.

비교예 2

상기 실시예 2에서, 고분자량 중합체만을 단독으로 92.0중량%의 함량으로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 비자성 토너를 제조하였다.

상기와 같이 제조한 토너를 풀칼라 프린터 (Samsung사 제조, CLP500)에 투입하여, 풀컬러 화상을 출력하였다. 프린터의 현상 방식은 탄성 부재의 표면을 가지는 현상 롤러 상에 토너층을 형성하는 1성분 방식이었으며, 현상 롤러와 감광체의 사이는 실질적으로 150 ㎛의 갭을 가지는 비접촉 방식이었다. 정착기는 직경 35 mm의 표면에 불소 고무를 가지는 2개의 롤러 양쪽 모두의 내부에 500 W의 할로겐 램프를 탑재한 방식이었으며, 표면 온도를 180±15℃가 되도록 제어하였다. 프린터에서 출력한 화상은 충분한 정착성을 갖지 않고, 고온에서 오프셋 현상이 발생하였으며, 광택도가 좋지 않았다.

본 발명에 의하면, 결착수지를 고분자량 중합체와 저분자량 중합체를 2종이상 블렌드시키고, 고분자량 중합체는 저분자량 중합체보다 분자량 분포를 넓게 설계함으로써 토너 내구성 및 고온 오프셋을 방지함으로써 비오프셋 영역을 넓게 할 수 있으며, 저분자량 중합체의 분자량 분포는 좁게 설계함으로써 저온에서의 정착성이 우수하며, 고광택도의 화상 및 OHP상의 투명도가 높은 화상을 얻을 수 있는 토너의 제조가 가능하다. 그리고 토너의 유리전이 온도에는 변화가 없이 연화점만을 하향 조정하는 것이 가능하므로 장기 방치 안정성 및 고온, 고습 환경에서의 안 정성도 유지 할 수 있다. 또한 연화점을 낮춤으로써 에너지 저감의 효과가 있으며, 친환경적 제품의 구현이 가능하다.

Claims (5)

1. 결착수지, 이형제, 착색제, 대전제어제 및 외첨제를 포함하는 전자사진용 비자성 토너에 있어서,

   상기 결착수지가, 중량평균분자량(Mw)이 5x10⁴ 내지 1x10⁵인 고분자량 중합체(H-po)와 중량평균분자량(Mw)이 5x10¹ 내지 1x10⁴인 저분자량 중합체(L-po)의 블렌드물을 포함하며,

   상기 결착수지의 분자량 분포가 하기 수학식 1을 만족하는 전자사진용 비자성 토너:

   <수학식 1>

   
2. 제1항에 있어서, 상기 고분자량 중합체 및 저분자량 중합체가 각각 폴리에스테르계 수지인 것을 특징으로 하는 전자사진용 비자성 토너.
3. 제1항에 있어서, 상기 고분자량 중합체의 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)의 비율이 15 내지 20이며, 상기 저분자량 중합체의 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)의 비율이 1 내지 5인 것을 특징으로 하는 전자사진용 비자성 토너.
4. 제1항에 있어서, 상기 이형제가 1종 이상의 천연왁스 및 1종 이상의 탄화수소계 왁스의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자사진용 비자성 토너.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 전자사진용 비자성 토너를 구비하는 전자사진용 화상 형성 장치.

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